Міністерство  освіти і науки України

Національний  університет

харчових  технологій 

 Кафедра “Процесів і апаратів харчових виробництв

та  технологій консервування”                                                                
 
 
 

Курсовий  проект

з дисципліни “Процеси і апарати”

на тему:

”Проект теплообмінника “труба в трубі” для нагріву води” 
 
 
 
 

Виконала:

студентка гр. ТММ-III-4

Бєбнєва А.О.

Керівник:

доц. Мельник Л. М. 
 
 
 
 
 

КИЇВ  2004

 

Зміст

1.Призначення,  принцип дії, опис теплообмінника типу „труба в трубі”,  його переваги та недоліки.

2.Розрахунок  теплообмінника:

a) тепловий розрахунок;

б) конструктивний розрахунок;

в) гідравлічний розрахунок;

г) техніко-економічний  розрахунок;

д) розрахунок оптимального режиму.

3.Висновок.

4. Список літератури.

  
 

Графічний матеріал:

• загальний вигляд апарата;
• фрагмент технологічної схеми;
• схема алгоритму;
• програма обчислення;
• графік техніко-економічного розрахунку.

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

        . Призначення, принцип  дії, опис теплообмінника  типу „труба в  трубі”, його переваги та недоліки.

 

      Теплообмінники—це апарати, в  яких відбувається теплообмін  між робочими середовищами  незалежно  від їх технологічного чи енергетичного  призначення (підігрівачі, випарники,  конденсатори, пастеризатори, економайзери).

    Технологічне  призначення теплообмінників різноманітне. Загалом розрізняють теплообмінники, в яких передача тепла—основний процес, і реактори, де тепловий процес відіграє допоміжну роль.

    Класифікація  теплообмінників можлива за різними  ознаками.

    За  способом передачі тепла розрізняють теплообмінники змішування, в яких робочі середовища безпосередньо дотикаються або перемішуються, і поверхневі теплообмінники—рекуператори, в яких тепло передається крізь поверхню нагріву—тверду (металічну) стінку, яка розділяє ці середовища.

    За  основним призначенням розрізняють підігрівачі, випарники, холодильники, конденсатори.

    В залежності від виду робочих середовищ  розрізняють теплообмінники:

  а)  рідинно-рідинні—при теплообміні між двома різними середовищами;

  б) паро-рідинні— при теплообміні між парою і рідиною (конденсатори, парові підігрівачі);

  в)  газорідинні— при теплообміні між газом і рідиною (холодильники для повітря) та ін.

      За тепловим режимом розрізняють  теплообмінники періодичної дії,  в яких спостерігається нестаціонарний  тепловий процес, і безперервної дії з установленим в часі процесом. Як тепловий носій найчастіше застосовується насичена чи перегріта пара.

    Водяна  пара як теплоносій має безліч переваг: легкість транспортування по трубах і регулювання температури, висока інтенсивність тепловіддачі та ін.

    Застосування  пари особливо вигідне при використанні принципу багатократного випарювання, коли випарювана з продукту вода прямує у вигляді гріючої пари в інші випарні апарати і підігрівачі.

    Загальним недоліком парового і водяного підігріву є швидке зростання тиску з підвищенням температури. В умовах технологічної апаратури харчових виробництв при паровому і водяному обігріві найвищі температури обмежені 150…160ºС , що відповідає тиску (5÷7)*10 Па.

    В окремих випадках застосовується масляний підігрів, який дозволяє при атмосферному тиску досягнути температур до 200ºC.

    Широко  застосовується обігрів гарячими газами і повітрям (до 300-1000ºС) в печах, сушильних  установках. 
 

    

    

    Газовий підігрів відрізняється багатьма недоліками:

• важкістю регулювання і транспортування теплоносія;
• малою інтенсивністю теплообміну;
• забрудненням поверхні апаратури (при використанні поточних газів) та ін.

    Однак в деяких випадках він є єдиним можливим.

      В холодильній техніці використовується ряд холодоагентів: повітря, вода, розсоли, аміак, фреон, вуглекислота та ін.

      Для нагрівання та охолодження різних середовищ розроблені теплообмінники різноманітних конструкцій.

      При невеликих теплових навантаженнях, коли потрібна поверхня теплообміну не перевищує 20-30м², доцільно застосовувати теплообмінник типу „труба в трубі”. Такий теплообмінник складається з декількох послідовно сполучених елементів. Кожен елемент складається з 2-ох труб, встановлених одна в одну. Елементи з’єднані в батарею послідовно, паралельно або комбіновано. При цьому труби з’єднують з трубами і кільцеві простори—кільцевими просторами. Швидкість робочих тіл і коефіцієнт теплопередачі K залежить від діаметрів внутрішньої і зовнішньої труб, при виборі відповідних діаметрів можна обом робочим тілам надавати бажану швидкість і досягнути високих значень.

      В даний час, згідно ГОСТ-9930-78 виготовлюють теплообмінники „труба в трубі” наступних типів:

1. розбірні одно поточні малогабаритні;
2. розбірні одно- і двопоточні малогабаритні;
3. розбірні одно габаритні;
4. нерозбірні одно поточні;     
5. розбірні багато поточні.

      Перевагою таких теплообмінників  є дотримання протитечії, що забезпечує  найповнішу ступінь використання  теплоносія.

      Недоліки: громіздкість і велика  витрата металу.

      Та не дивлячись на це, швидкісні теплообмінники знаходять широке застосування, особливо при високих тисках і дорогому теплоносієві. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

  . Розрахунок теплообмінника

Вихідні дані

 
 

 
 
 
 
 
 
 
 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

а) Тепловий розрахунок апарата. 

1.Середня  різниця температур між парою  і водою визначається як середня  логарифмічна:

    При р=0,35МПа  t =139 ºC

                               

    де  — різниці температур між теплоносіями на кінцях теплообмінника.

2.Теплофізичні  властивості рідини, що нагрівається  ми беремо із таблиці:

µ=559,5*10 (Па*с)

ρ=985,5 (кг/м )

с=4,18 Дж/(кг*К)

λ=0,6535 Вт/(м*К)

І=2732 кДж/кг

Pr=3,26

3. Теплове  навантаження апарату:

Q=x*G*c(t

-t ),

    де  х=(1,02...1,05)—коефіцієнт, який враховує втрати теплоти в навколишнє середовище ;

    G—витрата  рідини, кг/с;

    с—теплоємність  рідини, Дж/(кг*К)  

Q=1,02*5,27*4,18*10³(97-13)=1,94*10

(Вт)

4. Витрати  пари:

D=

,

    де I, i—ентальпія нагрівної пари і конденсату, Дж/кг

5.Ентальпія  конденсату:

i=c*t

=4190(t -2)=4190*(139-2)=574,03*10³(Дж/кг)

    Внутрішній  діаметр:

    

    За  ГОСТ(ом) приймаємо d =0,087 м

6.Розрахунок коефіцієнта теплопередачі:

K=

,

      де  —товщина стінки = 4мм;

      λ—коефіцієнт теплопровідності матеріала стінки = 17,5 (Вт/м*К)

    

    

7.Визначення режиму руху:

Re=

,

    Отже режим руху води в трубі — турбулентний.

9.Критерій Нусельта:

Nu=0,021*Re

*Pr =0,021*137917,1 *3,26 =451,43

10.Коефіцієнт тепловіддачі від стінки до води:

α

= (Вт/м²*К)

    Задаємо t =126ºC

t

t

    За  таблицею знаходимо розрахунковий  коефіцієнт, який залежить від властивостей конденсату: A=192,4